본 연구의 목적은 빗물저류 및 흡수 등 우수관리를 위해 설치하는 최적관리기법(Best Management Practices: BMPs)의 효율적인 위치 및 분배 정도를 유역단위에서 살펴보는 것이다. 이를 위해 여러 개의 지류유역과 본류유역으로 이루어진 하나의 대유역을 구축한 후 Hydrological Simulation Program Fortran(HSPF)을 이용하여 도시유역 내다양한 규모와 위치의 BMPs 시나리오를 제작/모의하였다. 이때 대유역 내 전체 BMPs 면적은 일정하도록 하였으며, 유역하구의 첨두유량과 이와 관련된 회피비용을 효율성의 지표로 활용하였다. 모의 결과 BMPs가 상류지류 유역들에 분산 입지했을 때 가장 높은 효율을 보였으며, 본류유역을 포함하여 소유역 한 곳에 집중되었을 때 가장 낮은 효율을 보였다. 하지만 본 연구는 BMPs의 위치 및 분배 변수를 제외한 BMPs 설계 및 유지관리, 유역 내 다양한 토양특성등의 기타변수가 통제된 가상유역을 대상으로 진행되었다는 한계를 안고 있다. 따라서 본 연구는 유역관리에서 BMPs위치 및 분배가 유역관리에 중요한 정책변수일 수 있다는 가능성을 제시하는 데 그치고 있으며, 이러한 가능성은 향후 국내유역에 대한 실증적 모의연구를 통해 논의될 수 있을 것이다.
Bone morphogenetic proteins (BMPs), members of a large group of TGF-beta family, are important molecular regulators of morphogenesis of numerous tissues and organs, including bones and teeth. Most BMPs are capable of inducing bone formation in vivo and therefore are of considerable clinical interest for regenerating mineralized tissues. Recently, we have developed a method to culture cells from human cementum (human cementum-derived cells, HCDCs). HCDCs, when attached to synthetic hydroxyapatite/tricalcium phosphate (HA/TCP) ceramic and transplanted into immunodeficient mice, formed histologically identifiable cementum-like tissue. Since it is unclear to what extent BMPs are involved in cementogenesis, the aim of this study was to establish which BMPs are expressed by cementogenic HCDCs and whether the expression of BMPs is related to the degree of cellular differentiation in vitro. HCDCs were maintained in growth medium (DMEM/F12 supplemented with 10% FBS) until confluent (proliferation stage). Upon reaching confluence, cells were incubated in the differentiation medium (DMEM/F12 medium containing 10% FBS and 50 mg/ml ascorbic acid) for 14 days (differentiation stage). Next, HCDCs were incubated in mineralization medium (DMEM/F12, 50 mg/ml ascorbic acid, 2.5 mg/ml of ITS (insulin-transferrinselenium), 5 mM beta-glycerophosphate and $10^{-8}M$ dexamethasone) for another 14 days (mineralization stage). At the end of each differentiation stage, total RNA was isolated and evaluated for BMPs (2 through 8) expression by employing real time RT-PCR. HCDCs expressed most of BMPs examined except BMP-7 and BMP-8. Furthermore, on average, the highest levels of BMPs were expressed at the earlier differentiation stage, prior to the initiation of mineralization in vitro. These results indicate that several BMPs are expressed during cementoblastic differentiation and suggest that BMPs may be involved in the homeostasis of human cementum.
Bone morphogenetic protein (BMP) signaling in diseases is the subject of an overwhelming array of studies. BMPs are excellent targets for treatment of various clinical disorders. Several BMPs have already been shown to be clinically beneficial in the treatment of a variety of conditions, including BMP-2 and BMP-7 that have been approved for clinical application in nonunion bone fractures and spinal fusions. With the use of BMPs increasingly accepted in spinal fusion surgeries, other therapeutic approaches targeting BMP signaling are emerging beyond applications to skeletal disorders. These approaches can further utilize next-generation therapeutic tools such as engineered BMPs and ex vivo-conditioned cell therapies. In this review, we focused to provide insights into such clinical potentials of BMPs in metabolic and vascular diseases, and in cancer.
Purpose: Gene therapy (ex vivo) has recently been used as a means of delivering bone morphogenetic proteins (BMPs) to sites of tissue regeneration. In the present study, we investigated the effect of co-transduction of adenoviruses expressing BMP-2 and BMP-7 on osteogenesisof C2C12 cells in vitro. Methods: A replication-defective human adenovirus 5 (Ad5) containing a cDNA for BMPs in the E1 region of the virus (Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7) was constructed by in vivo homologous recombination. Functional activity of Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 were evaluated in mouse stromal cells (W20-17cells). C2C12 cells are transduced with various MOI (multiplicity of infection) of Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 to assess most effective and stable titer. Based on this result, C2C12 cells were transduced with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 alone or by combination. BMPs expression, alkaline phosphatase (ALPase) activity, cell proliferation, and mineralization were assessed. Results: Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 are successfully transduced to W20-17 cells, and secreted BMPs stimulated cell differentiation. Also, C2C12 cells transduced with Ad5BMPs showed expression of BMPs and increased ALPaseactivity. In all groups, cell proliferation was observed over times. At 7days, cells co-transduced with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 showed lower proliferation than the others. C2C12 cells co-transduced with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 had greater ALPaseactivity than that would be predicted if effect of individual Ad5BMPs were additive. Little mineralized nodule formation was detected in cells transduced with individual Ad5BMPs. In contrast, Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7 combination stimulated mineralization after culturing for 10 days in mineralizing medium. Conclusions: Present study demonstrated that adenoviruses expressing BMPs gene successfully produced BMPs protein and these BMPs stimulated cells to be differentiated into osteoblastic cells. In addition, the osteogenic activity of Ad5BMPs can be synergistically increased by co-transduction of cells with Ad5BMP-2 and Ad5BMP-7.
The objectives of this paper were to estimate cell based pollutant loadings for total maximum daily load (TMDL) programs and to evaluate the applicability of the agricultural nonpoint source (AGNPS) model for an intensive agricultural watershed in Korea. The model was calibrated and validated at a watershed of 384.8 ha of drainage area using the observed data from 1996 through 2000 in terms of runoff, suspended solid, total nitrogen, and total phosphorus on a hourly basis. Analysis of spatial variations of pollutant loadings for rainfall frequencies of various intensities and durations were conducted. In addition, the validated model was applied to estimated the TMDL removal efficiency for best management practices (BMPs) scenarios which were selected by taking into account the pollutant characteristics of the study watershed. The model can help to understand the problems and to find solutions through landuse changes and BMPs. Thus, the method used for this study was able to identify TMDL quantitatively as well as qualitatively for various sources pollution that are spatially dispersed. Also it provides an assessment of the impact of BMPs on the water bodies studied, allowing the TMDL programs to be complemented more effectively.
Park, Seung-Won;Goo, Tae-Won;Choi, Gwang-Ho;Kang, Seok-Woo;Kim, Sung-Wan;Kim, Seong-Ryul
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제27권1호
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pp.159-165
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2013
Bone morphogenetic proteins (BMPs) belong to the transforming growth factor (TGF-${\beta}$) superfamily and are involved in osteoblastic differentiation. The largest TGF-${\beta}$ superfamily subgroup shares genetic homology with human BMPs (hBMPs) and silkworm decapentaplegic (dpp). In addition, hBMPs are functionally interchangeable with Drosophila dpp. Bombyx mori dpp may induce bone formation in mammalian cells. To test this hypothesis, we synthesized the 1,285-base pairs cDNA of full-length B. mori dpp using total RNAs obtained from the fat body of 3-day-old of the $5^{th}$ instar larvae and cloned the cDNA into the pCEP4 mammalian expression vector. Next, B. mori dpp was expressed in C3H10T1/2 cells. The target cells transfected with the pCEP4-Bm dpp plasmid showed biological functions similar to those of osteogenic differentiation induction growth factors such as hBMPs. We determined the relative mRNA expression rates of Runt-related transcription factor 2 (RUNX2), osterix, osteocalcin, and alkaline phosphatase (ALP) to validate the osteoblast-specific differentiation effects of B. mori dpp by performing quantitative real-time RT-PCR. Interestingly, mRNA expression levels of the 3 marker genes except RUNX2, in cells expressing B. mori dpp were much higher than those in control cells and C3H10T1/2 cells transfected with pCEP4. These results suggested that B. mori dpp signaling regulates osterix expression during osteogenic differentiation via RUNX2-independent mechanisms.
Soil erosion has been emphasized as serious environmental problem affecting water quality in the receiving waterbodies. Recently, Best Management Practices (BMPs) have been applied at a field to reduce soil erosion and its effectiveness in soil erosion reduction has been monitored with various methods. Although monitoring at fields/watershed outlets would be accurate way for these ends, it is not possible at some fields/watersheds due to various limitations in direct monitoring. Thus modeling has been suggested as an alternative way to evaluate effects of the BMPs. Most models, which have been used in evaluating hydrology and water quality at a watershed, could not reflect rainfall intensity in runoff generation and soil erosion processes. In addition, source codes of these models are not always public for modification/enhancement. Thus, runoff-sediment evaluation system using hourly rainfall data and vegetated filter strip (VFS) evaluation module at field level were developed using open source MapWindow GIS component in this study. This evaluation system was applied to Bangdongri, Chuncheonsi to evaluate its prediction ability and VFS module in this study. The NSE and $R^2$ values for runoff estimation were 0.86 and 0.91, respectively, and measured and simulated sediment yield were 15.2 kg and 16.5 kg indicating this system, developed in this study, can be used to simulate runoff and sediment yield with acceptable accuracies. Nine VFS scenarios were evaluated for effectiveness of soil erosion reduction. Reduction efficiency of the VFS was high when sediment inflow was small. As shown in this study, this evaluation system can be used for evaluation BMPs with local rainfall intensity and variations considered with ease-of-use GIS interface.
새만금 간척지의 농지 간척 사업은 대부분 2020 년까지 완공 될 예정이며, 그 시기 토지의 관개용수 활용에 대한 대비가 필요한 실정이다. 그러나 관개수의 수질은 드물게 목표 농도를 충족하고 있다. 이에 본 연구에서는 논에서의 최적관리기법(BMPs)인 토양검정시비(SO#1), SO#1과 SO#3의 복합처리(SO#2), 배수물꼬(SO#3), 완효성 비료시비 (SO#4) 방법을 관행재배(CT: Control)와 비교하여 논 비점오염원 저감효과 및 정책개발 시의 고려사항을 기술하였다. 논에서의 유출 저감은 SO#3(25%)와 SO#1(27%)에서 관행재배와 비교하였을 때 상대적으로 높았으나, SO#4(9%)와 SO#2(7%)에서 낮게 나타났다. 논 유출량의 NPS 오염물질 농도와 부하는 변화의 폭이 높게 나타났으며 BMPs 중에 유의한 차이는 나타나지 않았다. 또한 농민들의 인식조사 결과, 농민들은 실제 BMP 구현의 한계로 기존 관행적인 영농활동을 유지하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 NPS 오염물질 관리와 관개수 절약을 위해서 농민 교육 및 지원과 함께 관개물꼬 및 논의 담수심을 자동 조절할 수 있는 관리방안이 필요할 것으로 판단된다.
SWAT model would be applied to evaluate the pollutant removal capacity with various best management practices (BMPs) in Kyongan stream watershed which plays an important role in water quality conservation and improvement of Paldang reservoir. The methods for the representation of various BMPs scenarios with SWAT is developed and evaluated. Riparian buffer strip, agricultural conservation practices to reduce fertilizer, sediment, and nutrients occurring from farm field (Grassed swale, Contour farming/Parallel terrace, Field border, Farm retention pond, Grade stabilization structure), and washland such as wetland and pond to extend detention and improve water quality are represented in SWAT. And to represent the expansion of existing Waste Water Treatment Plants (WWTPs) in Soil and Water Assessment Tool (SWAT), reduction effect for point source pollutants was simulated. As the result of simulation, the removal rates of SS, TN, TP from scenarios of Kyongan stream watershed are the average annual SS yield by 5.2% to 69.2%, the average annual TN yield by 0.5% to 26.3%, and the average annual TP yield by 1.3% to 32.5%, respectively. This study has demonstrated that the SWAT is a very reliable and useful water quality and quantity assessment tool, and the BMPs representation in SWAT for watershed management is able to effectively simulate in Kyongan Stream watershed.
In this study, the LIDMOD3 was developed to design and evaluate low impact development (LIDMOD). In the same fashion, the LIDMOD3 employs a curve number (NRCS-CN) method to estimate the surface runoff, infiltration and event mean concentration as applicable to pollutant loads which are based on a daily time step. In these terms, the LIDMOD3 can consider a hydrologic soil group for each land use type LID-BMP, and the applied removal efficiency of the surface runoff and pollutant loads by virtue of the stored capacity, which was calculated by analyzing the recorded water balance. As a result of Model development, the LIDMOD3 is based on an Excel spread sheet and consists of 8 sheets of information data, including: General information, Annual precipitation, Land use, Drainage area, LID-BMPs, Cals-cap, Parameters, and the Results. In addition, the LIDMOD3 can estimate the annual hydrology and annual pollutant loads including surface runoff and infiltration, the LID efficiency of the estimated surface runoff for a design rainfall event, and an analysis of the peak flow and time to peak using a unit hydrolograph for pre-development, post-development without LID, and as calculated with LID. As a result of the model application as applied to an apartment, the LIDMOD3 can estimate LID-BMPs considering a well spatical distributed hydroloic soil group as realized on land use and with the LID-BMPs. Essentially, the LIDMOD3 is a screen level and simple model which is easy to use because it is an Excel based model, as are most parameters in the database. This system can be expected to be widely used at the LID site to collect data within various programmable model parameters for the processing of a detail LID model simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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